EL CROMOSOMA EUCARIOTICO

Nucleosoma típico Médula nucleosoma Metafase mitótica: Vicia faba

Definición de cromosoma y cromatina.

Composición química de la cromatina: el nucleosoma.

Proteínas cromosómicas no histonícas: el armazón proteico.

El valor C y Paradoja del valor C.

Eucromatina y Heterocromatina.

Estructura externa de los cromosomas: forma, tamaño y número de cromosomas.

El cariotipo.

Estructura interna de los cromosomas: centrómeros, telómeros y organizador nucleolar.

Organización del material hereditario en secuencias: únicas, repetidas, moderadamenterepetidas y altamente repetidas.

ADN de mitocondrias y cloroplastos.

DEFINICIÓN DE CROMOSOMA Y CROMATINA

La palabra cromosoma procede del griego y significa "cuerpo que se tiñe". La palabra cromatinasignifica "sustancia que se tiñe". El cromosoma, como ya hemos dicho en el tema anterior, es elmaterial genético organizado. En el caso de los organismos eucariontes el cromosoma nacefundamentalmente de la interacción entre el ADN, las histonas y las proteínas no histónicas.Los cromosomas eucarióticos son moléculas muy largas de ADN doble hélice en interaccióncon proteínas (histonas y no histonas) que se pueden encontrar desde estados relajados opoco compactados como en los núcleos de las células en interfase hasta en estados altamentecompactados como sucede en la metafase mitótica.

La cromatina fue inicialmente definida por Fleming (1882) como "la sustancia que constituye losnúcleos interfásicos y que muestra determinadas propiedades de tinción". Esta definición, aligual que la inicial de cromosoma es puramente citológica. Sin embargo, desde el punto devista genético, tanto la cromatina como el cromosoma son el material genético organizado.

Algunos autores piensan que la cromatina es solamente la interacción entre el ADN y lashistonas. Otros consideran que en la estructura de la cromatina también intervienen lasproteínas no histónicas, e incluso algunos autores piensan que el ARN también juega un papel

importante en la estructura de la cromatina.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CROMATINA: EL NUCLEOSOMA

Principales componentes

Los principales componentes que se obtienen cuando se aísla la cromatina de los núcleosinterfásicos son el ADN, las histónicas, las proteínas no histónicas y el ARN. Si se toma comounidad de comparación la cantidad de ADN, los demás componentes aparecen en lassiguientes proporciones:

ADN HISTONAS NO HISTONAS ARN1 1 0,5 - 1,5 0,05

La cantidad de las proteínas no histónicas puede variar de unos tejidos a otros en el mismoindividuo y dentro del mismo tejido a lo largo del desarrollo.

Las Histonas

Las son proteínas básicas, ricas en residuos de lisina y arginina, que muestran un elevadoconservadurismo evolutivo y que interacción con el ADN formando una subunidad que se repitea lo largo de la cromatina denominada Nucleosoma.

Los principales tipos de histonas que se han aislado en los núcleos interfásicos en diferentesespecies eucariontes son: H1, H2A, H2B, H3 y H4. Las características más sobresalientes deestas histonas aparecen en la siguiente tabla:

Histona Nº residuos PmContenido en moles %

de Lys/Arg Modificación V. cambioevolutivo

Lys ArgH1 213 21.000 27,7 1,4 19,78 Fosforilación 4

H2A 129 13.900 10,9 9,3 1,17 Fosforilación,acetilación 1

H2B 125 13.774 15,2 6,1 2,49 Fosforilación,acetilación 1

H3 135 15.273 9,6 13,3 0,72Acetilación,metilación

fosforilación0,1

H4 102 11.236 10,8 13,7 0,79Acetilación,metilación

fosforilación0,06

La velocidad del cambio evolutivo se mide como el número de cambios por cada 100aminoácidos por cada 100 millones de años

Además de estas histonas, también existen otras que son específicas de tejido como es lahistona H5 muy rica en lisina (25 moles%) específica de eritrocitos nucleados de vertebradosno mamíferos, y de las histonas del esperma.

Una de las características más destacables es su elevado conservadurismo evolutivo, sobretodo de las histonas H3 y H4. La histona H4 de guisante y de timo de ternera se diferenciansolamente en dos aminoácidos. Esta dato, indica que las interacciones entre el ADN y lashistonas para formar la cromatina deben ser muy semejantes en todos los organismoseucariontes.

Los genes para las histonas se encuentran agrupados en nichos (o clusters) que se repitendecenas o centenas de veces (erizo de mar). Cada cluster o grupo contiene el siguiente ordende los genes para histonas: H1-H2A-H3-H2B-H4. Los genes para las histonas son ricos enpares G-C ya que codifican proteínas con elevado contenido en Lys y Arg, pero estánseparados por secuencias espaciadoras ricas en pares A-T.

Agrupamientos ("cluster") de genes de histonas.

El nucleosoma

La observación de la cromatina interfásica mediante técnicas de microscopia electrónica podríadescribirse como la repetición de una subunidad esférica o globular (los nucleosomas) queestarían unidos por fibras de ADN. Esto le da un aspecto como de cuentas de un collar o de unrosario.

Cromatina eucariótica Cromosoma metafásico de abeja

Un nucleosoma típico está asociado a 200 pares de bases (pb) y está formado por una médula("core") y un ligador (o "linker"). La médula está formada por un octámero constituido por dossubunidades de las siguientes histonas: H2A, H2B, H3 y H4. Se trata de un dímero de lashistonas (H2A, H2B, H3 y H4)2. Los trabajos de A. Klug y colaboradores (1980) sobre ladisposición de las histonas en la médula del nucleosoma le valieron el Premio Nobel deQuímica en 1982.

Nucleosoma Típico Médula de nucleosoma Aaron Klug

Alrededor de la médula se enrolla el ADN (140 pb) dando casi dos vueltas (una vuelta y trescuartos). El resto del ADN (60 pb) forma parte del ligador ("linker") y está interaccionando con lahistona H1. La cantidad de ADN asociado con un nucleosoma varia de una especie a otra, de154 pb a 241 pb, esta variación se debe fundamentalmente a la cantidad de ADN asociada alligador ("linker").

Las fibras de ADN dúplex desnudo tienen un grosor de 20 Å. La asociación del ADN con lashistonas genera los nucleosomas que muestran unos 100 Å de diámetro, a su vez losnucleosomas se pueden enrollar helicoidalmente para formar un solenoide (una especie demuelle) que constituye las fibras de cromatina de los núcleos intefásicos con un diámetroaproximado de 300 Å. Los solenoides pueden volverse a enrollar para dar lugar asupersolenoides con un diámetro de 4.000 Å a 6.000 Å que constituirían las fibras de los

cromosomas metafásicos.

Médula ("core") del Nucleosoma Formación del Solenoide (papel de la histona H1)

PROTEÍNAS CROMOSÓMICAS NO HISTÓNICAS: EL ARMAZÓN PROTEICO

Las proteínas cromosómicas no histónicas son proteínas diferentes de las histonas que seextraen de la cromatina de los núcleos con ClNa 0.35M (solución salina), tienen un altocontenido en aminoácidos básicos (25% o más), alto contenido en aminoácidos ácidos (20-30%), una elevada proporción de prolina (7%), bajo contenido en aminoácidos hidrofóbicos yuna alta movilidad electroforética. Las proteínas cromosómicas no histónicas que se extraen dela cromatina de los núcleos varían mucho dependiendo de la técnica de aislamiento empleada.Un grupo de estas proteínas cromosómicas no histónicas presentan alta movilidadelectrofóretica y se denominan abreviadamente HMG (grupo de alta movilidad). Se handetectado más de 20 proteínas HMG, habiéndose encontrado las proteínas HMG-1, HMG-2 ,HMG-14 y HMG-17 en todas las especies de mamíferos, aves y peces estudiadas hasta elmomento. Las proteínas HMG-1 y HMG-2 se encuentran sólo en el núcleo, están implicadas enla replicación, se unen preferentemente a ADN de hélice sencilla, desenrollan el ADN dúplex yse estima que existe una molécula de HMG-1 ó HMG-2 por cada 15 nucleosomas. Lasproteínas HMG-14 y HMG-17 se encuentran en el núcleo y en el citoplasma, estánrelacionadas con la regulación de la transcripción y se estima que existe una molécula deHMG14 ó HMG-17 por cada 10 nucleosomas.

Muchos estudios citogenéticos muestran que los cromosomas están claramente enrolladoscuando se observan al microscopio, un buen ejemplo de esta situación son los cromosomas delos núcleos de algunos protozoos. El diámetro de las fibras de solenoides (enrollamientohelicoidal de las fibras de nucleosomas) observadas en núcleos en interfase es de 30 nm, sinembargo, el diámetro observado al microscopio para las fibras cromosómicas durante la divisióncelular es de 700 nm. Por tanto, se han tenido que producir nuevos superenrollamientos. ¿Dequé forma se producen estos nuevos niveles de compactación?.

Laemmli y colaboradores en 1977 consiguieron aislar cromosomas metafásicos desprovistos dehistonas mediante un tratamiento con sulfato de dextrano y heparina. Estos cromosomasmetafásicos desprovistos de histonas presentan una médula central densamente teñida que hasido denominada “scaffold” (armazón). Este armazón proteico (“scaffold”) es resistente a laacción de la ADN asa, ARN asa y también a soluciones de ClNa 2M. Sin embargo, desaparecepor tratamientos con urea 4M y dodecil sulfato sódico o por tratamiento con enzimasproteolíticas. Por tanto, se trata de un armazón proteíco. La observación a microscopíaelectrónica pone de manifiesto que de este armazón proteico (“scaffold”) salen y llegan lazos o

fibras que pueden hacerse desaparecer mediante tratamiento con ADNasa. Por tanto, estoslazos o dominios que arrancan del armazón proteico son lazos de ADN. Uno de los principalescomponentes del armazón proteico es la enzima topoisomerasa II que produce cortes en elADN dúplex a nivel de ambas hélices. La toposiomerasa II (girasa) interviene durante lareplicación del ADN creando o relajando los superenrollamientos. La aparición de latopoisomerasa II (girasa) sólo en el armazón proteico sugiere que se encuentra en la base delos lazos o dominios de ADN, indicando que esta organización en dominios podría estarrelacionada con la replicación y transcrpción. Otras enzimas como la topoisomerasa I queproduce cortes en el ADN dúplex a nivel de una sola hélice y la HMG-17 se encuentran sólo enlos lazos o dominios y no en el armazón proteico.

Armazón proteico no histónico Armazón proteico nohistónico

Ulrich K.Laemmli

La evidencia existente hasta el momento sugiere que las fibras de solenoides (30 nm) formaríanlos lazos o dominios que emanan del armazón proteico y que este armazón estaría a su vezenrollado formando una espiral.

Organización en Dominios y Armazón proteico Lazos en cromosomas sin extraer(Laemmli)

Los dominios de ADN parecen estar unidos al armazón proteico por unas regiones específicasdenominadas abreviadamente SARs (regiones de asociación específicas) que se detectancuando los cromosomas metafásicos desprovistos de histonas se tratan con endonucleasas derestricción. Después de este tratamiento quedan regiones de ADN unidas al armazón que a suvez resisten la digestión con exonucleasas gracias a que están protegidas por una proteína.Cuando se digiere esta proteína, las regiones de ADN protegidas contienen secuencias que sesabe que son especificas para la unión de topoisomerasas. Estas regiones regiones de uniónespecificas de los dominios al armazón proteico son las regiones SARs.

Unión de los dominios al armazón a través de las regiones SAR

Papel del ARN

El ARN, al igual que sucedía en el caso de la organización del nucleoide bacteriano, parecejugar algún papel en el plegamiento del cromosoma eucariótico. Al menos en humanos y enDrosophila se han encontrado evidencias de este papel estructural del ARN. Sin embargo, hayque tener en cuenta que el armazón proteico descrito por Laemmli y colaboradores (1977) nose ve afectado por el tratamiento con ARNasa. Podría ser que las propias proteínas delarmazón protegieran al ARN de la acción de la ARNasa. En cualquier caso, es convenienterecordar que el ADN del cromosoma bacteriano también está organizado en dominios y que elARN podría jugar algún papel en el mantenimiento de dicha estructura. En organismos concaracterísticas intermedias entre las de procariontes y eucariontes como los dinoflagelados,también existen existen datos que apoyan el papel estructural del ARN en la organizacióncromosómica.

EL VALOR C Y PARADOJA DEL VALOR C

El valor C se defina como la cantidad de ADN por genoma haploide (un solo juegocromosómico) en estado de un cromatidio (en fase G1). En el caso de la especie humana con2n=46 cromosomas, especie diploide (2n), con dos juegos de cromosomas, uno recibido delpadre y otro de la madre, cada uno formado por 23 cromosomas, el valor C sería la cantidadde ADN correspondiente a un juego de 23 cromosomas en estado de un solo cromatidio (enfase G1 antes del periodo S de síntesis). Una forma mucho más sencilla de definir el valor C, enel caso de las especies diploides, con dos juegos cromosómicos, sería el contenido de ADN deun gameto de la especie. Un espermatozoide humano y un óvulo humano (gametos) contienen23 cromosomas en estado de un cromatidio, el valor C sería la cantidad de ADN de los 23cromatidios de un gameto humano.

Cuando se estudia el valor C de distintas especies a lo largo de la escala evolutiva, se observaque no existe relación entre el contenido en ADN y la posición que una especie tiene en laescala evolutiva. Es decir, especies como la humana poseen una menor cantidad de ADN quealgunas especies de salamandras, peces no teleósteos y muchas plantas. Existe una granvariación en la cantidad de ADN (valor C) entre especies pertenecientes a familias o o gruposfilogenéticos distintos, y además, dentro de una misma familia de especies también seencuentra una enorme variación en la cantidad de ADN. Por ejemplo, la cantidad de ADN en lasplantas con flores varia entre 5 x 108 y 1011 pares de bases, o por ejemplo, en los anfibios varia

entre 9 x 108 y 9 x 1010 pares de bases. En la siguiente tabla se indican los valores en paresde bases de algunas especies utilizadas en la investigación (pb).

GrupoTaxonómico Especie Valor C (pb)

Algas Pyrenomas salina 6,6 x 105

Mycoplasma Mycoplasma pneumoniae 1,0 x 106

Bacterias Escherichia coli 4,2 x 106

Levaduras Saccharonyces cerevisiae 1,3 x 107

Hongos D. discoideum 5,4 x 107

Nematodos Caenorhabditis elegans 8,0 x 107

Insectos Drosophila melanogaster 1,4 x 108

Aves Gallus domesticus 1,2 x 109

Anfibios Xenopus laevis 3,1 x 109

Mamíferos Homo sapiens 3,3 x 109

Variación de la cantidad de ADN (pb) en diferentes grupos de especies

Sin embargo, si dentro de cada familia de especies (por ejemplo los anfibios) elegimos la quetiene menor cantidad de ADN y comparamos este contenido con el de las especies de menorvalor C dentro de cada familia o grupo filogenético (por ejemplo, aves, mamíferos, peces, etc),encontramos que la cantidad de ADN aumenta con la complejidad evolutiva. Podría pensarseque para pertenecer a un determinado grupo taxonómico se necesita una cantidad mínima deADN.

Especie con menor contenido en ADN de cada grupo taxonómico

La paradoja del valor C surge cuando se compara la cantidad de ADN o tamaño del genomacon las funciones para las que lleva información:

La cantidad de ADN de una especie eucarionte es mucho mayor que la esperada para codificarenzimas o proteínas. En la especie humana se estima que existen 100.000 genes diferentesque codifican proteínas, el tamaño medio de una proteína es de 500 aminoácidos (1.500 paresde bases), por tanto necesitaríamos 1,5 x 108 pares de bases. La especie humana tiene 2,8picogramos de ADN y cada picogramo equivale a 9,1 x 108 pares de bases (2,8 x 9,1 x 108

pares de bases = 25,48 x 108 pb). Por tanto, solamente alrededor de un 6% del ADN humanoestaría destinado a codificar proteínas. ¿Que función tendría el 94% restante?.

Hoy sabemos que los genes en eucariontes son mucho más largos que la secuencia necesariapara codificar una proteína (existen intrones o zonas que no se traducen a aminoácidos). Portanto, disminuye la cantidad de ADN de función desconocida. Sin embargo, sigue existiendouna enorme cantidad de ADN cuya función no estaría identificada.

Por otro lado, existen especies con una complejidad evolutiva semejante que presentan unaenorme variación en la cantidad de ADN. Recuerde el ejemplo de los anfibios, en los que lacantidad de ADN varia entre 9 x 108 y 9 x 1010 pb. Es difícil creer que esta variación puedareflejar una diferencia de 100 veces en el número de genes necesarios para especificar dosespecies de anfibios. Por consiguiente necesitamos otro tipo de explicación. Una posibleexplicación es como veremos la existencia de duplicaciones, genes que están en más de unacopia en el genoma de los individuos. Esto nos lleva a considerar la existencia de distintos tiposde secuencias en el genoma de las especies eucarióticas.

EUCROMATINA Y HETEROCROMATINA

La cromatina o sustancia que compone los núcleos de las células y que resulta de la interaccióndel ADN con las proteínas histónicas, no histónicas y ARN; puede presentar distintos grados deempaquetamiento o contracción.

Cuando los cromosomas se tiñen con sustancias químicas que se unen al ADN aparecenregiones densamente teñidas y regiones menos densamente teñidas.

La cromatina mayoritaria, la que constituye la mayor parte del núcleo recibe el nombre deeucromatina y la minoritaria el de heterocromatina. La heterocromatina puede aparecer másdensamente teñida que la eucromatina (heteropicnosis positiva) o menos densamente teñidaque la eucromatina (heteropicnosis negativa). La aplicación de determinados tratamientosexperimentales en combinación con diferentes tipos de tinción de los cromosomas, puedeproducir la aparición de zonas heterocromáticas en los cromosomas de muchas especies.

Eucromatina (menos teñida) y Heterocromatina (más teñida)

Estas zonas heterocromáticas presentan una distribución característica o patrón de bandastípico de cada cromosoma que permite identificar cromosomas distintos. Estas técnicas recibenel nombre de técnicas de bandeo cromosómico y son enormemente útiles en la identificaciónindividual de los cromosomas y en la construcción de cariotipos.

La eucromatina y la heterocromatina son ADN pero presentan algunas diferencias:

Diferencias genéticas: Los experimentos de construcción de mapas demuestran que lamayor parte de los genes activos se localizan en la eucromatina. En los nucleosinterfásicos, la eucromatina se tiñe menos densamente debido al menor grado deempaquetamiento, en general se acepta que este es el estado más compatible con laactividad génica y la transcripción. La heterocromatina se encuentra en muchosorganismos flanqueando las regiones céntromericas, algunas veces tambien se encuentraen regiones teloméricas, e incluso se ha observado en algunos casos la existencia decromosomas completos heterocromáticos, por ejemplo, el cromosoma Y de Drosophilamelanogater. La función de la heterocromatina no es aún conocida, se han detectado muypocos genes activos en la heterocromatina, en Drodophila existen mutaciones letales engenes que se localizan en regiones heterocromáticas, por tanto, estos genes debenposeer alguna actividad. En cualquier caso, el porcentaje de genes activos localizados enregiones heterocromaticas es muy bajo comparado con el de genes activos situados en laeucromatina. La principal diferencia entre la eucromatina y la heterocromatina radica por

tanto en la actividad de estos dos tipos de cromatina.

Diferencias citológicas: A nivel estructural, en los nucleos interfásicos, existe una mayorgrado de enrollamiento o empaquetamiento en la heterocromatina que en la eucromatina.La forma en la que se mantiene esta diferencia aun no es conocida.

Alociclia: la heterocromatina sigue un ciclo de condensación y descondensación distintoa la eucromatina. La heterocromatina puede aparecer más intensamente teñida que laeucromatina o menos intensamente teñida dependiendo del estado celular (alociclia). Laalociclia a su vez esta relacionada con la replicación del ADN. La heterocromatina sereplica más tarde que la eucromatina.

A su vez es posible distinguir dos clases de heterocromatina:

- Heterocromatina constitutiva: cromatina que aparece siempre más intensamenteteñida que la eucromatina (heteropicnosis positiva), o menos intensamente teñida que laeucromatina (heteropicnosis negativa), independientemente del estado de desarrollo ofisiológico. Un ejemplo es el ADN satélite de las regiones centroméricas.

Heterocromatina constitutiva: regionescercanas a los centrómeros

- Heterocromatina facultativa: cromatina que aparece más intensamente teñida que laeucromatina, o menos intensamente teñida que la eucromatina dependiendo del estadofisiológico o del momento de desarrollo. El cromosoma X, en algunas especies animales,como el saltamontes Schistocerca gregaria, aparece más intensamente teñido que elresto de los cromosomas durante la Diplotena de la Profase I de meiosis.

Saltamontes: Xheteropicnótico positivo

Interfase: Cromatina sexual, X inactivo en la mujer(cuerpo de Barr)

En la especie humana, todos los cromosomas X que están en exceso de uno aparecen másintensamente teñido que el resto de los cromosomas (heteropicnosis positiva) en los núcleos decélulas en interfase. Por tanto, las mujeres normales que tienen dos cromosomas X, tienen uncromosoma X que aparece más intensamente teñido y que está inactivado. Sin embargo,durante las primeras etapas del desarrollo embrionario (durante los 16 primeros días degestación en la especie humana) ambos cromosomas X son activos.

Diferencias en las secuencias: En algunas especies eucariontes, el ADN satélite o ADNminoritario que presenta un contenido en G+C distinto al ADN principal o mayoritario, estáconstituido por unas secuencias cortas de ADN que están repetidas millones de veces. Enconcreto en ratón se ha demostrado que el ADN satélite esta localizado en la zonacentrómerica, este ADN satélite constituye un ejemplo de heterocromatina constitutivacuya presencia y acción es constante en el cromosoma.

ESTRUCTURA EXTERNA DE LOS CROMOSOMAS: FORMA, TAMAÑO Y NÚMERO

El estudio de la estructura externa de los cromosomas de cualquier especie eucariótica consisteen analizar la forma tamaño y número de los cromosomas que posee. El mejor momento parallevar a cabo dicho estudio suele ser aquel en el que los cromosomas han alcanzado sumáximo grado de contracción y tienen sus bordes perfectamente definidos. Dicho momentosuele ser la metafase mitótica. El estudio de la estructura externa de los cromosomas culminacon la obtención del cariotipo. Naturalmente, los cromosomas se pueden estudiar en distintosmomentos según la especie y dependiendo de los objetivos planteados. Algunas especies tienen cromosomas que se pueden observar con gran detalle en interfase, tal es el caso deDrosophila melanogaster, que posee cromosomas politénicos gigantes que se observan en lasglándulas salivales de dicho insecto y el de Chironomus tentans otro diptero.

Cromosomas Politénicos de Chironomus tentans (interfásicos)

Forma: En metafase mitótica los cromosomas ya han pasado por un periodo de síntesis

de ADN y están constituidos por dos cromatidios o cromatidas idénticas en grosor ylongitud. Los cromosomas en estado de dos cromatidios han alcanzado su máximo gradode contracción y están en el centro de la célula, en la placa ecuatorial. La forma de loscromosomas viene determinada por la posición del centrómero o constricción primaria,región por la que los cromatidios interaccionan con las fibras del huso acromático parasepararse a polos distintos. El centrómero aparece menos teñido que el resto delcromosoma. La mayoría de los cromosoma de las especies eucarióticas tienen elcentrómero localizado en una región concreta.

Existen cromosomas Metacéntricos, con el centrómero en el centro que divide alcromosoma en dos brazos iguales, existen cromosomas Submetacéntricos, con elcentrómero desplazado hacia un lado que lo divide al cromosoma en dos brazos,uno un poco más largo que el otro; hay cromosomas Subtelocéntricos oAcrocéntricos que tienen el centrómero situado hacia el extremo dividiendo alcromosoma en dos brazos muy desiguales, uno bastante largo y el otro muy corto, ypor último hay cromosomas Telocéntricos que tienen el centrómero en un extremoy, por consiguiente poseen un solo brazo. Un cromosoma metafásico típico estáconstituido por dos cromatidios hermanos idénticos (en groso, longitud y con igualinformación genética), dichos cromatidios contienen un centrómero y telómeros en elextremo. Los extremos de los cromatidios poseen una estructura característicadenominada Telómero, un cromosoma metacéntricos presenta telómeros al final delos dos brazos (en ambos extremos), mientras que un cromosoma telocéntrico tienetelómeros al final de su único brazo (en un extremo), por el otro extremo seencuentra en centrómero. Existen especies que tienen cromosomas con elcentrómero difuso, situado a todo lo largo del cromosoma, sin localizar en un solopunto concreto.

Algunos cromosomas eucarióticos, además de la constricción primaria o centrómero,poseen constricciones secundarias, la más importante es la Región Organizadoradel Nucleolo (abreviadamente NOR), dicha zona contiene la información paraproducir el ARN-ribosómico y aparece menos teñida que el resto del cromosoma.Los cromosomas con NOR en muchos casos tienen después de la región NOR,entre está y el telómero un segmento más o menos grande que se denominaSatélite o Trabante (no confundir con el ADN satélite).

En el caso de la especie humana, existen cinco pares de cromosomas que poseenregiones NOR, los pares 13, 14, 15, 21 y 22. ç

Metafase mitótica de Vicia Faba (2n=12) Metafase mitótica de un hombre(2n=46)

Tamaño: Los cromosomas sufren grandes variaciones en su tamaño a lo largo del ciclocelular, pasando de estar muy poco compactados (interfase) a estar muy compactados(metafase), por tal motivo, los estudios sobre el tamaño suelen realizarse en metafasemitótica. Además, es necesario tener en cuenta que los tratamientos para teñir loscromosomas y para obtener las metafase mitóticas influyen de manera muy importante enel tamaño de los cromosomas. En cualquier caso, en general es posible decir que hayespecies eucarióticas con cromosomas grandes y especies con cromosomas pequeños.Las monocotiledóneas (vegetales) y los anfibios y ortópteros (animales) poseencromosomas muy largos (10 a 20 micras). Las dicotiledóneas, las algas, los hongos y lamayoría de las especies animales poseen cromosomas pequeños (longitud inferior a 5micras). Naturalmente, existen algunas excepciones en los ejemplos citados. Elcromosoma 1 humano tiene 0,235 pg de ADN, que equivalen a una longitud total de ADNdoble hélice 7,3 cm y en metafase mitótica presenta una longitud aproximada de 0,001cm.

Número: Las células somáticas de la mayoría de las especies eucarióticas tienen dosjuegos de cromosomas, se trata de especies diploides, con un juego de cromosomasmaterno y otro paterno. El número de cromosomas se denomina número diploide y serepresenta como 2n. El número de cromosomas de un juego cromosómico y que secorresponde con el número de cromosomas de un gameto de la especie se le denominanúmero haploide y se representa como n. Todos los cromosomas de las célulassomáticas aparecen por parejas de cromosomas homólogos (uno procedente del padre yotro de la madre) existiendo por tanto n parejas de homólogos. Los dos cromosomashomólogos tienen información para los mismos tipos de genes, aunque no poseenidéntica secuencia de bases nitrogenadas, ya que en un posición determinada o locuspuede encontrase la información que determina el color azul de ojos mientras que en elhomólogo puede existir información para el color marrón. Sin embargo, los doscromatidios hermanos de un mismo cromosoma poseen exactamente la mismainformación genética (la misma secuencia de bases nitrogenadas). El número decromosomas 2n varía mucho de unas especies a otras y no existe relación entre elnúmero de cromosomas, existen especies vegetales con pocos cromosomas comoHaplopappus gracilis (2n=4), Crepis capillaris (2n=6) y Secale cereale (2n=14) , especiesvegetales con bastantes cromosomas como Triticum aestivum (2n=42) y especiesvegetales con muchos cromosomas como Ophioglossum petiolatum (n >500). Enanimales sucede algo semejante, hay especies con pocos cromosomas como la hormigaaustraliana Myrmecia pilosula cuyos machos tienen un cromosoma (2N01) y las hembrasdos cromosomas (2n=2), especies con bastantes cromosomas como la humana Homosapiens (2n=46) y especies con muchos cromosomas como el lepidoptero Lysandraatlantica (2n=434-466). No existe ninguna relación entre el número de cromosomas 2n yla complejidad evolutiva, ni entre el número de cromosomas y la cantidad de ADN. Unejemplo claro de esta situación es el de los ciervos del género Muntiacus en el que hay

especies muy similares (denominadas especies gemelas) una con 2n=6 (M. muntjak) yotra con 2n=46 (M. reevesi).

Muntiacus muntjak Cariotipo 2n=6

Muntiacus reevesi Caritotipo 2n=46

Número diploide de diferentes especies animales y vegetales

Organismo Nº Cromosomas(2n) Organismo Nº Cromosomas

(2n)Hombre, Homo sapiens 46 Roble blanco, Quercus alba 24

Chimpancé, Pan troglodytes 48 Pino amarillo, Pinus ponderosa 24Mono rhesus, Macaca mulata 48 Cerezo ácido, Prunus cerasus 32

Caballo, Equus caballus 64 Col (repollo), Brassica oleracea 18Asno, Equus asinus 62 Rábano, Raphanus sativus 18

Perro, Canis familiaris 78 Guisante de jardín, Pisum sativum 14Gato, Felis domesticus 38 Guisante, Lathyrus odoratus 14

Ratón domestico, Mus musculus 40 Frijol, Phaseolus vulgaris 22Rata, Ratus norvegicus 42 Pepino, Cucumis sativus 14

Zarigüeya, Didephys virginiana 22 Algodón, Gossypium hirsutum 52Pollo, Gallus domesticus 78 Patata, Solanum tuberosum 48

Pavo, Meleagris gallopavo 82 Tomate, Solanum lycopersicum 24Rana, Rana pipiens 26 Tabaco, Nicotiana tabacum 48

Platypoecilus maculatus 48 Trigo candeal, Triticum aestivum 42

Estrella de mar, Asterias forbesi 36 Trigo duro, Triticum durum 28Gusano de seda, Bombix mori 56 Cebada, Hordeum vulgare 14

Mosca domestica, Musca domestica 12 Centeno, Secale cereale 14Mosca fruta, Drosophila melanogaster 8 Arroz, Oryza sativa 24

Mosquito, Culex pipiens 6 Boca de dragón, Anthirrinum majus 16Cucaracha, Blatta germanica 23, 24 Levadura, Saccharomyces cerevisiae 18

Cangrejo ermitaño, Eupagurusochotensis 254 Alga verde, Acetabularia mediterranea 20

Tabla tomada del libro de Genética Moderna (F. J. Ayala y J. A. Kiger). Ed. Omega. 1984.

EL CARIOTIPO

El cariotipo de una especie se obtiene cuando a partir de varias células en metafase mitótica demuchos individuos distintos de la especie se determina el número, forma y tamaño de loscromosomas. En las especies diploides, como la especie humana, el número de cromosomasnormal (el más frecuente) es 2n=46, de manera que existen 22 pares de autosomas y un parde cromosomas sexuales. Como se trata de una especie diploide, con dos juegos decromosomas (dos genomios), uno de origen materno (23 cromosomas) y otro de origen paterno(23 cromosomas), todos los cromosomas están por parejas de homólogos.

Genomio: el conjunto de los n cromosomas distintos de una especie.

Una vez fijado el número cromosómico normal, se procede a elegir la mejor célula disponible deuna metafase mitótica en la que todos los cromosomas estén bien definidos y separados.Seguidamente se realiza una foto de dicha célula y después se recortan todos los cromosomas.Una vez recortados todos los cromosomas, se ordenan por parejas con el brazo corto haciaarriba, posteriormente se ordenan por tamaños (de mayor a menor) y dentro de un tamañosemejante por la posición del centrómero ( de metacéntricos a submetacéntricos, acrocéntricosy telocentricos). En el caso de existir cromosomas sexuales diferenciados, como sucede en laespecie humana, los cromosomas sexuales ( X e Y) pueden colocarse en el grupo que lescorresponde por tamaños o bien pueden colocarse formando el par sexual separados de losautosomas (cromosomas no sexuales).

Cuando no existían las técnicas de bandeo cromosómico era muy difícil diferenciar unasparejas cromosómicas de otras en algunas especies, ya que el único criterio para ordenarlosera el tamaño y la posición relativa del centrómero (longitudes relativas de cada brazo).

Metafase mitótica de un varón sin bandear Metafase mitótica de un varón con bandas G

Sin embargo, con las técnicas de bandeo cromosómico que se desarrollaron posteriormente fuemucho más fácil identificar los diferentes pares de cromosomas.

Cariotipo de un varón normal (Bandas G) Idiograma humano (bandas G)

Caritipo: Ordenación de los cromosomas por parejas, tamaño y posición del centrómero.

Idiograma: Representación esquemática mediante un dibujo a escala, que incluya las bandase interbandas, del cariotipo de una especie.

Técnicas de Bandeo cromosómico: Existen diferentes sistemas de tratamiento y de tinción delos cromosomas que permiten obtener una secuencia característica de bandas e interbandastransversales sobre los cromosomas. Las técnicas de bandeo más frecuentes suelen ser lasbandas G (Giemsa) bandas C, Bandas R, Bandas Q, etc. El desarrollo de estas técnicas hapermitido identificar cromosomas que no era posible distinguir con los métodos convencionalesde tinción (no producen bandas transversales). Inclusive permiten distinguir anomalíascromosómicas, como translocaiones (intercambios de segmentos entre cromosomas),deleciones (pérdidas de segmentos, etc). También es posible utilizar técnicas de hibridación "insitu" mediante fluorescencia (FISH) para identificar cromosomas.

FISH de Aegilops speltoides (clon Gc-1R) Translocaciones con bandas C

ESTRUCTURA INTERNA DE LOS CROMOSOMAS: CROMATIDIO, CENTRÓMEROS,TELÓMEROS Y ORGANIZADOR NUCLEOLAR

Cromatidio: El cromatidio es una doble hélice de ADN lineal. Existen experimentos, realizadosen Vicia faba, en los que se demuestra que en la replicación el cromatidio se comporta comouna doble hélice de ADN (Taylor y col. 1957). Los cromosomas pueden estar en estado de unsolo cromatidio (período G1, anafase y telofase) o bien en estado de dos cromatidos despuésde haber pasado por el preíodo de Síntesis (S) como sucede en el periodo G2, profase ymetafase.

Molécula de ADN de Drosophila melanogaster (1,5 cmlongitud). Cromosoma 1

Telómero: Son los extremos de los brazos cromosómicos y tienen una estructura especial(formación de ADN cuadruplexo) que protege al cromosoma de su degradación por losextremos y que además permite la replicación de los extremos cromosómicos mediante laactuación de encimas específicas como las telomerasas. Los telómeros poseen extremos 3'monocatenarios (de una sola hélice) constituidos por una secuencia corta rica en Guanina queestá repetida en tándem cientos de veces. En la siguiente tabla se indican algunas secuenciasteloméricas encontradas en humanos, protozoos, algas y vegetales:

Organismo Secuencia repetidaTetrahymena 5' TTGGG 3'Paramecium 5' TTGGGG 3'Tripanosoma 5'TTAGGG 3'Arabidopsis 5' TTTAGGG 3'

Homo 5' TTAGGG 3'

Modelo de estructura de los telómeros

Centrómero: Zona por la que el cromosoma interacciona con las fibras del huso acromático enlas anafases mitóticas y meióticas y que es responsable de los movimientos cromosómicos quetienen lugar durante estas fases. Las estructuras centroméricas que interaccionan con las fibrasdel huso se denominan cinetocoros. En la estructura del centrómero también intervienenproteínas centróméricas. Es la constricción primaria y aparece menos teñida que el resto delcromosoma. Los análisis llevados a cabo en Saccharomyces cerevisiae (levadura) hanpermitido aislar el ADN centromérico (ADN CEN) de todos sus cromosomas, habiéndoseencontrado que en todos los centrómeros estudiados existen tres regiones muy conservadas,en la siguiente tabla se indican dichas regiones:

Región I (8 pb) Región II (76-86 pb) Región III (25 pb)

PuTCACPuTG rica en pares AT (87-95%)

TGTTT(T/A)TGNTTTCCGAAANNNAAAAPalíndromo

El centrómero tiene un comportamiento diferentes durante la Anafase mitótica y la Anafase-I dela meiosis, de manera que durante la Anafase mitótica los cromatidios hermanos se separan apolos opuestos (Segregación Anfitélica) mientras que en la Anafase-I de la meiosis lo que sesepara a polos opuestos son los cromosomas homólogos completos, cada uno constituido pordos cromatidios (Segregación Sintélica).

Segregación Anfitélica Segregación Sintélica

Cromómero: son regiones más condensadas de los cromosomas que se observan almicroscopio como partículas discretas y que suelen verse con mayor claridad en determinadosestados celulares, como por ejemplo, en paquitena de la Profase-I meiótica en algunasespecies.

ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL HEREDITARIO EN SECUENCIAS: ÚNICAS, REPETIDAS,MODERADAMENTE REPETIDAS Y ALTAMENTE REPETIDAS

Los virus y las bacterias presentan secuencias que en su inmensa mayoría están una sola vezen el genoma. Las bacterias poseen algunos genes que están repetidos muy pocas veces,entre 5 y 10, como los genes que llevan información para el ARN ribosómico (ARN-r).

Los estudios de la cinética de renaturalización o reasociación ( curvas Cot) ponen demanifiesto, como ya hemos visto, que los virus y bacterias presentan curvas Cot idealescorrespondientes a ADN sin secuencias repetidas. Sin embargo, las curvas Cot de organismoseucariontes revelan a existencia de distintos tipos de secuencias que varían en el grado derepetición.

Tipos de secuencias de los organismos eucarióticos

Los distintos tipos de secuencias que se observan en el ADN de organismos eucarióticos sonlos siguientes:

Genes o secuencias de copia única. En general, la mayor parte de los genes quecodifican para polipéptidos, los llamados genes estructurales, se encuentran en una solacopia en el genoma.

Secuencias o genes que están repetidas pocas veces. Se trata de genes osecuencias funcionales que codifican para proteínas relacionadas y que se han originadopor duplicación de secuencias individuales y una posterior evolución divergente (lasmutaciones afectan de forma diferente a las dos copias existentes de la secuencia).Suelen ser familias de genes y de pseudogenes relacionados. Los pseudogenes (y )son secuencias de ADN que debido a mutaciones han dejado de ser funcionales y quepor tanto no se transcriben. El mejor ejemplo de este tipo de familias de genes son losque llevan información para los polipéptidos o cadenas de globina (a, b, d, g, y e) queforman las hemoglobinas humanas. En este grupo también se pueden incluir las familiasde genes dispersas por el genoma. Algunos tipos de proteínas están codificadas porfamilias de genes homólogos distribuidas por todo el genoma. Tales familias puede estar

formadas por unos pocos o por muchos genes. Algunos ejemplos son: los genes quecodifican para la actina (de 5 a 30 copias), las keratinas (más de 20 copias), la cadenapesada de la miosina (de 5 a 10 copias), las tubulinas (de 3 a 15 copias) y las proteínasde la cubierta del huevo de los insectos (50 copias). Dentro de este grupo tambiénpodrían incluirse los genes que llevan información para el ARN transferente (ARN-t), enSaccharomyces existen de 5 a 7 copias de cada uno de los 61 ARN-t diferentes y en D.melanogaster unas 13 copias de cada ARN-t. Los genes de una familia, al igual que losgenes para las cadenas de globina, pueden diferir algo en su secuencia y también en sufunción.

Familias de genes de las globinas humanas

Secuencias moderadamente repetidas. Familias de secuencias repetidas en tándem.En este caso, se trata de genes que existen en varias copias esencialmente idénticas quederivan por duplicación de secuencias ancestrales. Se trata de genes funcionales y lascopias son idénticas tanto en secuencia como en función. La existencia de este tipo degenes permite a los organismos generar una gran cantidad de determinados productos enpoco tiempo. Algunos ejemplos de este tipo de secuencias son:

- ADN-r: los genes que llevan información para el ARN-r , que se encuentranlocalizados en una zona concreta de los cromosomas que es el Organizadornucleolar (NOR). Esta zona aparece menos teñida que el resto del cromosoma(heteropicnosis negativa). En D. melanogaster existen unas 130 copias de estosgenes, en Xenopus laevis alrededor de 400 a 500 copias por genoma haploide. Enalgunos organismos como Neurospora crassa se encuentran dispersos por elgenoma en vez de en tándem.

- ADN-5S: los genes que codifican para el ARN-5S que forma parte de la subunidadgrande de los ribosomas. En D. melanogaster existen 200 copias, en Xenopus laevis25.000 y en la especie humana 2.000.

- ADN-t: Los genes que codifican para los ARN-transferentes encargados detransportar los aminoácidos durante el proceso de traducción.

- ADN-h: genes para las histonas: aparecen en familias o “cluster” que incluyen loscinco genes (H1, H2A, H2B, H3 y H4) y que están repetidas decenas de veces(Xenopus laevis) o centenas de veces (erizo de mar).

- ADN-a: genes para anticuerpos o inmunoglobulinas. La región variable de losanticuerpos o inmunoglobulinas (500 secuencias no idénticas entre si).

También existen secuencias de ADN que se han originado por duplicación de otrasexistentes, que derivan de familias multigénicas en tándem (genes de histonas o genespara ARN-r) y que se encuentran aislados (separados de su familia) y dispersos por elgenoma. Este tipo de secuencias recibe el nombre de Orfones.

Telómeros: secuencias repetidas con función conocida pero que no codifican para ningúnARN o proteína. Los extremos de los cromosomas o telómeros tienen una secuencia deADN repetida en tándem. Esta secuencia en el caso del ciliado Tetrahymena es TTGGGGy en humanos es TTAGGG. Esta secuencia este repetida varias veces en el extremo delos cromosomas (telómero) y tiene la propiedad de aparearse consigo misma formandoenlaces de hidrógeno entre guaninas (situación inusual). Este autoapareamientosuministra un extremo 3’ libre que permite la replicación de los extremos de las moléculasde ADN doble hélice lineal.

Secuencias altamente repetidas y que carecen de función conocida. Son secuenciascortas de ADN repetidas entre 1.000 y 1.000.000 de veces y las copias no son totalmenteidénticas.

- Secuencias centroméricas altamente repetidas (1.000.000 de copias) quesuelen agruparse en zonas concretas de los cromosomas. El tamaño de estassecuencias es variable, desde menos de 10 pares de bases por repetición hasta 200ó 300 pb. En Drosophila melanogaster la secuencia AATAACATAG este repetida entándem en regiones próximas al centrómero. Dado que que estas secuencias cortasde 10 pb no son representativas del genoma de una especie, suele suceder que sucontenido en G+C es diferente al contenido en G+C del resto del genoma. Estacausa hace que cuando se centrifuga en gradiente de densidad (ClCs) el ADN deuna especie eucarionte, aparezca una banda principal que contiene la mayor partedel ADN de la especie y una banda satélite (minoritaria) que está formada por unasecuencia corta de ADN repetida en tándem. El ADN satélite en algunas especiestiene mayor densidad que el ADN principal (mayor contenido en G+C) y en otrasespecies tiene menor densidad y, por tanto, menor contenido en G+C que el ADNprincipal. Cuando el ADN satélite de ratón se marca radiactivamente y se realiza unahibridación “in situ” con el ADN de cromosomas metafásicos mitóticos, se observaque el marcaje radiactivo (hibridación) se produce en regiones próximas alcentrómero. Los cromosomas de ratón son telocéntricos.

ADN satélite de ratón localizado en regionescentroméricas

- Secuencias repetidas del orden de miles de veces y dispersas por el genomaentre las secuencias de copia única. Algunos ejemplos de estas secuencias son:

- VNTRs: Secuencias repetidas en tándem un número variable de veces.Se trata de unas secuencias cortas (entre 10 y 100 pb) que pueden estarrepetidas por ejemplo 5 veces en un lugar concreto del cromosoma(locus) y estar repetida 4 veces en otro locus distinto y 7 veces en otraposición. El número de veces que esta repetida varía de un lugar a otrodel mismo cromosoma y entre cromosomas distintos. También varía deunos individuos a otros. Este tipo de secuencias se llaman también“minisatélites” .En la especie humana, la primera secuencia VNTR fuedescrita por A. Jeffries y era una secuencia de 33 pb encontrada en elinterior del primer intrón del gen de la mioglobina. Gracias a la existenciade este tipo de secuencias se han desarrollado técnicas que permitenidentificar con un gran poder el ADN de dos personas diferentes. Estastécnicas se llaman “huellas dactilares de ADN” y se emplean enestudios de medicina forense. También hay VNTRs en los que el tamañode la secuencia que se repite es más pequeño (entre 1 y 10 pb) y que sedenominan microsatélites, los microsatélites estás distribuidos(dispersos) de manera uniforme sobre los cromosomas, mientras que losminisatélites tienden a concentrarse cerca e los telómeros.

VNTRs: Secuencias repetidas en tándem en número variable

- Transposones: también es posible encontrar en los genomas deespecies eucariontes secuencias o elementos que pueden cambiar deposición dentro del genoma, transposones. Algunos genomas muestranmúltiples copias de estos elementos genéticos móviles, o versionestruncadas de ellos dispersas a lo largo del genoma. Algunos ejemplosson:

- Retrotransposones: Secuencias que se han dispersado en el genoma después de una transcripción inversa a partir de ARN. La transcriptasainversa es una enzima que produce ADN tomando como molde ARN.Posteriormente estas copias de ADN pueden ingresar en los

cromosomas. Un ejemplo son las secuencias Alu humanas, llamadas asípor contener generalmente en su interior una diana para la endonucleasade restricción Alu. El genoma humano contiene cientos o miles desecuencias completas o parciales Alu que se localizan en el interior deintrones y entre genes. Esta secuencia Alu tiene una longitud de 200 pb yrepresenta el 5% del genoma humano. Tienen un importante parecidocon el ARN-7S y se piensa que se han producido a partir de él portranscripción inversa. Las secuencias cortas interpuestas como las Alu sehan denominado genéricamente como SINEs (elementos interpuestoscortos).

- Secuencias que muestran homología con retrovirus, virus ARN quese replican produciendo ADN que se integra en los cromosomas. Unejemplo son los elementos “copia” de Drosophila (secuencia de 5 Kbrepetida 50 veces) y los elementos Ty (secuencia de 6 Kb repetida 30veces) de levaduras. En mamíferos se han descrito secuencias de 1 a 5Kb repetidas de 20.000 a 40.000 veces por genoma humano y que sehan denominado LINEs (elementos interpuestos largos).

ADN espaciador: la función de este tipo de secuencias no es conocida, posiblemente seasimplemente separar a los genes. Se encuentran por ejemplo entre los genes de histonasy son en este caso secuencias ricas en pares A-T.

ADN DE MITOCONDRIAS Y CLOROPLASTOS

Los organismos eucariontes además de poseer ADN en el núcleo, también tienen ADN enorgánulos citoplásmicos. Las especies vegetales contienen en el citoplasma de sus célulascloroplastos y mitocondrias, mientras que las células de especies animales contienenmitocondrias en su citoplasma. Al igual que el ADN nuclear está organizado en cromosomas,también el ADN de los orgánulos citoplásmicos está organizado en cromosomas.

ADN Mitocondrial: El ADN mitocondrial (ADNmt) es una molécula doble hélice circular cuyotamaño varía de unas especies a otras. El tamaño del ADN miotocondrial es las especiesanimales es inferior al de las especies vegetales y oscila entre 15 y 18 Kpb. En los hongososcila entre 18 y 78 Kpb y en las plantas varía entre 250 y 2.500 Kpb. El ADNmt humano tienen16.800 pb.

Una célula típica de levadura puede tener de 1 a 45 mitocondrias en su citoplasma, cadamitocondria posee entre 10 y 30 nucleoides, y a su vez cada nucleoide está constituido pos 4 ó5 moléculas de ADNmt doble hélice circular. Por tanto, una célula de levadura puede llegar atener en su interior 45 x 30 x 5 = 6750 moléculas de ADNmt doble hélice. El número demitocondrias de las células humanas varia de unos tejidos a otros y dentro de cada mitocondriahay un nucleoide que contiene 5 moléculas ADNmt doble hélice circular.

Mitocondria Organismo unicelular: Euglena gracilis

El ADN mitocondrial de mamíferos se replica de forma semiconservativa pero de maneraparticular, ya que existen dos orígenes de replicación diferentes, uno para la hélice H (pesada)y otro para la hélice L (ligera). La síntesis de ambas hélices no se lleva a cabo al mismotiempo, primero comienza replicándose de forma unidireccional la hélice H y más adelante ycon un origen de replicación distinto se inicia la replica unidireccional de la hélice L en sentidoopuesto al de la hélice H. La replicación del ADNmt sigue lo que se denomina mecanismo dereplicación de lazo D o lazo de desplazamiento.

ADN de cloroplastos: El ADN de cloroplastos (ADNcp) de las células de plantas es unamolécula doble hélice circular que posee un tamaño que varía entre 120 y 160 Kpb. En algasverdes el rango de variación es mayor, oscila entre 85 y 292 Kpb, con la excepción deAcetabularia cuyo ADNcp tiene 2.000 Kpb.

Cloroplasto

Los cloroplastos presentan regiones que se tiñen intensamente con colorantes de ADN, dichasregiones se denominan nucleoides. El número de cloroplastos varía de unas células a otrasdentro de la misma especie y de unas especies a otras. Las células de hojas de la remolachacontienen en su citoplasma alrededor de 40 cloroplastos, cada cloroplasto posee entre 14 y18nucleoides y cada nucleoide puede estar constituido por 4 a 8 moléculas de DNcp. Por tanto,una célula de remolacha puede llegar a contener 40 x 18 x 8 = 5760 moléculas de ADNcp doblehélice circular. En maíz se estime que existen entre 20 y 40 móleculas de ADNcp doble hélicecircular por cada cloroplasto.

En Chlamydomonas reindardii existe un solo cloroplasto por célula que contiene entre 500 y

1500 móleculas de ADNcp doble hélice circular empaquetadas en varios nucleoides.

Teoría endosimbionte: los antepasados de las mitocondrias y los cloroplastos seríanorganismos procarióticos unicelulares. Los antepasados de las mitocondrias serían lasbacterias y los de los cloroplastos serían por ejemplo las cianobacterias. Tanto las mitocondriascomo los cloroplastos poseen un cromosoma mucho más pequeño que el de sus antepasadosprocariontes, de manera que durante la evolución se ha reducido drásticamente el tamaño delgenoma de los orgánulos citoplasmas en un período relativamente breve a partir de su origenendosimbionte.